探討煤礦深部巷道支護(hù)的研究現(xiàn)狀及存在問題

姚鑫

摘 要：在我國的煤炭儲存中，有74.4%的煤炭處于600 m以下底層，每年正以9～11 m速度向煤礦深部進(jìn)行開采，通過實踐表明，有43%～79%的深井需對其進(jìn)行翻修，深井巷道明顯特點是，在巷道開挖過程中，由于礦壓導(dǎo)致收斂變形，該特點是因為深井巷道的圍巖出現(xiàn)破裂及破裂范圍較大決定。本文主要分析煤礦深部巷道支護(hù)的研究現(xiàn)狀，提出目前存在的問題。

關(guān)鍵詞：煤礦深部巷道 支護(hù) 研究現(xiàn)狀 問題

中圖分類號：TD353 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）01（b）-0100-01

隨開采深度的增加，深部煤礦開采會引起不利變化，給煤礦安全生產(chǎn)造成嚴(yán)重問題，礦壓過大和溫度過高，均隱藏著許多地質(zhì)災(zāi)害。因此，對于深部開采條件下的存在問題，目前尚未有系統(tǒng)的研究。筆者根據(jù)自身多年的從業(yè)經(jīng)驗，對煤礦深部巷道的支護(hù)研究現(xiàn)狀進(jìn)行分析，并分析其存在的問題，現(xiàn)總結(jié)如下。

1 深井巷道研究進(jìn)展

首先，國外研究進(jìn)展。國外在20世紀(jì)80年代就開始研究深井問題，在1983年，就有前蘇聯(lián)學(xué)者專題研究大于1600 m深礦井的開采問題，西德構(gòu)建了模擬試驗臺，對1600 m的三位礦壓展開專門的模擬試驗。通過20年的發(fā)展，國內(nèi)外學(xué)者深入研究了軟巖變形、巖爆防治、巖爆預(yù)測、軟巖防治、隧道涌水量等問題，并獲得很大進(jìn)展。例如，澳大利亞、波蘭、美國等深井礦山開采國家，其政府和工業(yè)部門密切配合研究機(jī)構(gòu)，加大財力、人力的投入，按照深部開采技術(shù)、理論，進(jìn)行基礎(chǔ)問題研究。

其次，國內(nèi)研究進(jìn)展。隨著我國科學(xué)技術(shù)進(jìn)步，國民經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，加大對復(fù)雜地質(zhì)條件的公路隧道和長深鐵路等修建投入，為防止深部開采事故，發(fā)展、應(yīng)用了很多先進(jìn)科學(xué)理念、技術(shù)。對于信息化施工、巖爆防治和軟巖支護(hù)等問題，隧道工程部門、重慶大學(xué)、中國礦業(yè)大學(xué)、西南交通大學(xué)、中南大學(xué)等展開大量實踐研究，并積累了許多實踐經(jīng)驗，具備進(jìn)行深部巷道支護(hù)研究的條件。例如在九五時期，中國礦業(yè)大學(xué)展開了深部煤礦開發(fā)災(zāi)害防治、預(yù)測研究，中南大學(xué)則對千米深井的巖爆機(jī)制、控制技術(shù)進(jìn)行研究，北京科學(xué)大學(xué)對撫順老虎臺的礦針展開研究，武漢巖土所也對峒室穩(wěn)定性、優(yōu)化性進(jìn)行研究，獲得了非常重要的價值成果。

2 深井巷道礦壓顯現(xiàn)研究現(xiàn)狀

針對深井支護(hù)問題，主要有兩個決定因素：礦井巖性和礦井深度。處于深井狀態(tài)下進(jìn)行開采，其原巖應(yīng)力大小與圍巖力學(xué)性質(zhì)，呈現(xiàn)出顯著巷道支護(hù)難度，難以控制其變形。針對深部開采深度，各國煤礦開采技術(shù)水平、地質(zhì)條件、礦井裝備均不盡相同。根據(jù)前蘇聯(lián)有些學(xué)者研究，將大于600 m礦井納入深井范圍，有些學(xué)者將大于800 m納入深井范圍，原西德學(xué)者將800～1200 m確定深部開采，將大于1200 m納入超深開采范圍。英國、波蘭的深部開采起點是750m。而我國對于深井開采并沒有明確規(guī)定，國內(nèi)學(xué)者提出我國深部開采起點是800 m，有些軟巖礦井是600 m。

通常開采大于600 m以后，深井巷道顯現(xiàn)出礦壓特點，隨開采深度增加，礦壓顯現(xiàn)就越明顯，礦壓顯現(xiàn)主要表現(xiàn)如下特點：

第一，巷道圍巖的變形量較大，變形速度較快，主要呈低鼓變形，頂板下沉量比較小，巷道周圍的變形區(qū)域較大。

第二，巷道發(fā)生持續(xù)變形，圍巖呈現(xiàn)明顯流變性的變形，對巷道進(jìn)行反復(fù)維修，隨時間增加，支護(hù)費用也隨之增加。

第三，對采煤工作面進(jìn)行回采，使巷道圍巖變形加劇，若采深越大，其開采影響范圍就越大，其影響程度就越強(qiáng)烈。

第四，深部煤柱多數(shù)巷道在進(jìn)行掘進(jìn)、使用期間，就不斷發(fā)生圍巖變形，其變形速率無下降趨勢。

3 深井巷道的圍巖穩(wěn)定性控制的研究現(xiàn)狀

目前，我國在進(jìn)行礦井深部開采時，多數(shù)建立適合本礦基礎(chǔ)的圍巖穩(wěn)定性設(shè)計方案。例如，開灤礦務(wù)局和中國礦業(yè)大學(xué)進(jìn)行全力合作，將松動圈作為指標(biāo)，將趙各莊的深部巷道實施分類。掘出淮南九龍崗礦之后，以10 d時兩幫移近平速度對巷道穩(wěn)定性進(jìn)行監(jiān)測、判斷。陸士良教授認(rèn)為，巷道巖體的任一一點發(fā)生徑向衛(wèi)衣，同周邊位移進(jìn)行比算，其比值是深表比，深表比可顯示錨桿支護(hù)巷道巖體深處、周邊位移的規(guī)律。通過我國一些礦業(yè)學(xué)者試驗研究各類煤礦巷道深表比、巖體位移，總結(jié)出如下幾點：

首先，處于原巖應(yīng)力作用下，掘巷圍巖力分布同深表比變化規(guī)律相同，處于巷道周邊時，深表比最大。處于圍巖深入時，按照負(fù)指數(shù)的曲線進(jìn)行衰減。

其次，巷道受到動力影響，特別是相鄰采空區(qū)同工作面回采，產(chǎn)生支承壓力和疊加作用力，巷道周邊、巖體深部均發(fā)生強(qiáng)烈支承作用，引起大范圍塑形變形。

所以，不僅巷道周邊發(fā)生位移的數(shù)值較大，圍巖變形規(guī)律同單一巷也不一致，深表比的衰減極為緩慢。若某巷道受到動力影響，因為受采動力、開采深度與圍巖性質(zhì)差異，周圍位移量通常在200～1000 mm之間，巖體深部會發(fā)生明顯位移，位移范圍通常在6～17 m之間。近年來，對于深部巷道支護(hù)理論、技術(shù)上，均取得了較大的進(jìn)展，張農(nóng)等學(xué)者對深部三軟煤層的巷道支護(hù)進(jìn)行研究，提出加固幫角、高阻讓壓支護(hù)、強(qiáng)化頂板等方式，確保圍巖的穩(wěn)定性，保證支護(hù)的安全問題。通過對1600 m的開采深度巷道移近量顯示：剛性支架在1600 m出無法使用，處于穩(wěn)定砂巖時，可選擇碎石壁、拱形可縮支架充填，處于穩(wěn)定巖層時，選擇專門材料充填壁后。

4 煤礦深部巷道支護(hù)的存在問題

由于我國地域遼闊，具有較多的煤層開采區(qū)域，而且賦存地質(zhì)狀況變化較為頻繁，若實施不合理支護(hù)方法，冒頂事故極易導(dǎo)致傷人事故。許多學(xué)者對于離層控制、頂板安全、離層監(jiān)測等方面取得了較大成果，然而目前仍存在許多未解決問題：

首先，對于深井巷道支護(hù)，其支護(hù)方式處在試驗時期，沒有形成一個真正適用于深部巷道支護(hù)的研究理論。

其次，對于深部巷道支護(hù)，通常都是按照淺部支護(hù)基礎(chǔ)上強(qiáng)化，選擇二次、三次支護(hù)，通常是按照經(jīng)驗開展支護(hù)設(shè)計。

最后，在進(jìn)行支護(hù)時，通常無具體地應(yīng)力測試、圍巖物理學(xué)測試作為設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。

5 結(jié)語

通過上文所述，我國對于深部巷道支護(hù)研究，主要關(guān)于礦壓顯現(xiàn)、圍巖穩(wěn)定性控制這兩個方面，且取得了較大的價值成果。而仍有一些支護(hù)理論、支護(hù)設(shè)計、支護(hù)測試等方面問題，因此，我們必須加強(qiáng)科學(xué)實驗，進(jìn)一步保證煤礦深部巷道支護(hù)科學(xué)性、安全性。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉京強(qiáng)，陳召征，徐玉學(xué)，等.查莊煤礦深部巷道支護(hù)分析與研究[J].山東煤炭科技，2011（6）：132-133.

[2] 劉心廣.濟(jì)二煤礦深部巷道支護(hù)技術(shù)及應(yīng)用研究[D].山東科技大學(xué)，2010.

[3] 呂振海.鶴崗煤田礦井深部開采巷道支護(hù)研究[J].煤炭技術(shù)，2011，30（9）：79-80.

[4] 孔德山.劉莊煤礦深部軟巖巷道支護(hù)技術(shù)研究[J].煤炭技術(shù)，2012，31（5）：55-57.

[5] 侯琛.高強(qiáng)錨桿在深部煤礦巷道支護(hù)中的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2013（25）：46.endprint